WO2017041870A1 - Aktives fahrwerk für ein zweispuriges fahrzeug - Google Patents

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Wolfgagang SCHMID
Uli Schaaf
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Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to an active chassis for a two-lane vehicle according to the preamble of claim 1 or 9.
  • Camber angle is defined in a so-called camber curve, which is designed specifically for constructive design of the vehicle axle.
  • camber curve various boundary conditions must be taken into account, which influence the driving behavior during steering and braking maneuvers, in particular in the dynamic driving limit range.
  • due to the design of the axle and the tire load not any camber curves are constructable.
  • the active chassis can also have an active suspension system, with the example of a level control and / or a
  • Roll stabilization of the vehicle body can be done.
  • the primary goal of an active suspension system is to calm the vehicle body when driving on rough roads, and / or in the
  • Leveling or inclination of the vehicle body when cornering and / or in the compensation of a compression travel of the vehicle body in a vehicle load In a vehicle payload, the vehicle body springs by a spring travel.
  • level control By appropriate control of the suspension system can be carried out level control, in which the Vehicle body is raised back to the vehicle level in the unloaded state. This level adjustment is accompanied by a Radsturzwinkel- adjustment, but when driving the active
  • a generic active chassis has a, a vehicle wheel-bearing wheel carrier, which is articulated via links on the vehicle body. The fall behavior of the vehicle wheel is thereby by one of the
  • the mechanical camber curve defines a mechanical camber angle adjustment of the vehicle wheel depending on an on or
  • generic chassis on a crash actuator which depends on a chassis control unit in response to a variety of
  • Driving parameters can be controlled and - in addition to the mechanical camber angle adjustment - can make an active camber angle adjustment.
  • the object of the invention is to provide an active chassis for a two-lane vehicle in which the lintel behavior of the vehicle wheels can be improved in different vehicle loading conditions in a simple manner.
  • Chassis control unit associated with an evaluation with a loading sensor that detects a change in the vehicle load condition.
  • the evaluation unit controls depending on the change of the
  • the fall behavior can be adapted to the new load state, in such a way that the changed by the payload / discharge yaw behavior of the vehicle is compensated.
  • the fall behavior of the respective vehicle wheel can always be kept constant independently of the load (load state) by means of the evaluation unit.
  • the evaluation unit can control the fall actuator in a change of the loading state such that at a payload, the amount of the negative
  • Camber angle is increased (compared to a purely mechanical camber angle adjustment) and / or the camber gradient on the compression travel on the rear axle is reduced in order to increase driving safety.
  • the fall behavior is freely adjustable by means of the evaluation unit in the presence of a load change.
  • the evaluation unit is a software module of the chassis control unit.
  • the evaluation unit can determine an actuator camber curve, which determines an active camber angle adjustment of the respective vehicle wheel as a function of a spring travel of the vehicle due to the changed loading state Vehicle structure defined.
  • the evaluation unit overlaps the actuator camber curve of the mechanical camber curve by means of camber actuator control, whereby an overall camber curve is formed, which reproduces the camber angle adjustment on the vehicle wheel.
  • Vehicle center of gravity By way of example, starting from an unloaded vehicle, the mass of the payload and the position of the payload center of gravity can be determined and forwarded to the evaluation unit as input parameters. Based on this, the evaluation unit determines the actuator camber curve.
  • the evaluation unit detects the input or rebound travel associated with the change in the load state. On the basis of the recorded input or rebound travel and the actuator camber curve stored in the evaluation unit, a camber angle signal is generated with which the camber actuator of the vehicle wheel can be controlled.
  • the active chassis may additionally comprise an active suspension system with an actuator, which between the vehicle body and
  • Radars instituten that is, the wheel or the handlebars acts.
  • the actuator is in combination with the fall actuator or it
  • chassis control unit independently controllable by the chassis control unit and is in particular for a level control and / or a roll stabilization of the chassis control unit
  • the actuating unit may be an air spring supported between the vehicle body and the wheel guide elements.
  • the actuator may be a torsion bar assembly 1 .
  • Such an arrangement has a body-side fastened
  • Rotary actuator which has a torsion bar and a molded on it Downlift lever articulated with, for example, a Radlenker the
  • Wheel suspension is connected.
  • the torsion bar is subjected to torsion, whereby it exerts a biasing force on the Radlenker.
  • the control of the rotary actuator takes place during driving to calm the vehicle body on rough roads and / or for roll stabilization of the vehicle body.
  • the crash actuator may be an active arm, which is supported between the wheel and the vehicle body and which is telescopically adjustable in length with appropriate control by the chassis control unit.
  • the fall actuator can be allocated space-saving directly to the wheel carrier.
  • the wheel carrier for example, be formed in two parts, with a wheel-side, the vehicle wheel-carrying support member and an axle-side support member which is articulated on the handlebars on the vehicle body. Between the two support elements of the fall actuator can be arranged.
  • the fall actuator may have a wheel-side rotary part and an axle-side rotary part, which are rotatable relative to one another about their axes of rotation.
  • the wheel-side rotary member can be deflected during rotation of at least one of the rotating parts with a tumbling motion, namely setting the Radsturzwinkels.
  • the two rotary parts of the crash actuator can be actuated via at least one electric motor, which can be controlled by the evaluation unit of the chassis control unit.
  • the axis of rotation of the wheel-side rotating part can be in a technical
  • the wheel-side rotary member can therefore with its central axis in one
  • Fig. 1 is a schematic representation of a suspension of a
  • Figure 2 is a plan view of the two-lane vehicle.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a software architecture in the FIG. 3
  • Chassis Control Unit implies
  • Fig. 4 is a camber curve diagram illustrating the operation of the invention.
  • FIG. 1 an active landing gear for a two-lane vehicle is shown in a partial view, the exemplary one, the right rear wheel HR having supporting wheel carrier 1, which is connected by means of upper and lower control arms 3, 5 on the vehicle body 7.
  • the wishbones 3, 5 are each articulated on the body side and wheel carrier side pivot bearing points.
  • a strut 9 with a suspension spring and a conventional manner
  • the wheel carrier 1 is constructed in two parts from a wheel-side support element 11 and an axle-side support element 13.
  • the rear wheel HR is rotatably mounted.
  • a brake system may be attached to the wheel-side support element 1 1.
  • the two wishbones 3, 5 are articulated via link bearings.
  • the mechanical camber behavior of the vehicle wheel HR is determined by a mechanical camber curve SM (FIG. 4) prescribed by the rigid kinematics of the links 3, 5, which determines a mechanical camber angle adjustment of the camber
  • Vehicle wheel HR defined as a function of an input or Ausfederweg d of the vehicle body 7.
  • a crash actuator 15 In addition to the mechanical camber adjustment an active camber adjustment by means of a crash actuator 15 is provided, which is the two support elements 1 1, 13 interposed.
  • the fall actuator 15 has a wheel-side rotary part 17 and an axle-side rotary part 19.
  • Sturzaktors 15 are about inclined control surfaces with each other in
  • the control surfaces are located in a plane of rotation in which they are exemplarily mounted slidably in sliding contact.
  • the Rotary parts 17, 19 are each mounted rotatably about their axes of rotation between the two support elements 17, 19.
  • the rotational axis of the wheel-side rotary member 17 in the vehicle transverse direction y is aligned axially aligned and coaxial with a rotational axis of the axle-side rotary member 19.
  • the wheel-side rotary member 17 moves in a tumbling motion with variable Swing angle around the wheel axle, whereby the camber angle ⁇ on the rear wheel HR is actively adjusted.
  • the two rotary parts 17, 19 can be controlled via electric motors 27, which are in signal communication with a chassis control unit 29.
  • the chassis control unit 29 When driving, the chassis control unit 29 generates a control signal S as a function of a plurality of driving parameters with which the electric motors 27 of the crash actuator 15 can be activated for an active camber angle adjustment.
  • chassis control unit 29 is in signal communication with an actuating unit 31 of an active suspension system.
  • Fig. 1 is the
  • Actuator 31 exemplifies a torsion bar assembly.
  • This has a rotary actuator 31 which is mounted on the vehicle body 7 and via a torsion bar 33 in driving connection with the lower arm 5 of the suspension.
  • an actuator force FA for example, level control and / or a
  • the suspension shown in FIG. 1 is shown by way of example for the right rear wheel HR.
  • the wheel suspensions of the other vehicle wheels HL and VL and VR are constructed identically, so that each of the
  • Vehicle wheels each have a crash actuator 15 and an actuator 31st
  • control unit 29 has an evaluation unit 37 for each of the rear vehicle wheels HL, HR, by means of which a camber angle adjustment can be influenced when the vehicle load state changes.
  • the front wheels VL, VR are also evaluators 37
  • Each of the evaluation units 37 is provided with a loading sensor 39 in FIG.
  • the loading sensor 39 detects the payload weight m z and the longitudinal position l z of the payload center of gravity.
  • the evaluation unit 37 determines an actuator camber curve SA.
  • each of the evaluation units 37 is in signal communication with a spring travel sensor 38, with which a spring travel dhR and dhL can be detected, which results from the payload on the rear wheels HR, HL.
  • the evaluation unit 37 generates on the basis of the actuator camber curve SA and the spring travel d H R, dm. a camber angle signal SHL, SHR, with which the fall actuator 15 on the right and left rear wheels HL, HR
  • Diagram of Fig. 4 shows a mechanical camber curve SM, which is defined solely by the rigid kinematics of the control arms 5, 7.
  • the mechanical camber curve S is impressed on an actuator camber curve S A (not shown in FIG. 4), resulting in an overall camber curve S GI acting on the vehicle wheel HR.
  • the interaction of the crash actuator 15 and the actuator 31 is described below for the case of a payload in an unloaded vehicle: In this case, the vehicle body 7 is sprung in Fig. 4 by a spring deflection di. This results in one of the
  • Level control in which the vehicle body 7 is raised by the spring travel di again to the vehicle level in the unloaded state. This level control can in the technical realization of the
  • the level adjustment described above is thus accompanied by a camber angle of the camber angle ⁇ on the camber angle ⁇ , which may be detrimental to driving safety.
  • an actuator camber curve S A can be impressed.
  • the actuator camber curve S A is designed so that an am
  • an actuator camber curve S A can be generated in the evaluation unit 37, resulting in an overall camber curve S G2 acting on the rear wheel HR (FIG. 4).
  • the camber curve S G2 is shifted parallel to the left in FIG. 4 with respect to the camber curve S GI . Ie that not only one - in comparison to the mechanical camber curve - reduced camber gradient, but also an increased negative camber angle 82
  • the additional mass and the longitudinal position of the payload center of gravity are determined in the loading sensor 39.
  • the operation of the loading sensor 39 is based on the determination of the chassis acting vertical forces and is dependent on the
  • Chassis configuration In FIGS. 5 to 7, calculation methods for the vertically acting total force F are indicated by way of example for three different chassis configurations.
  • c is the known
  • Vibration damper F a the known actuator force of the actuator 10 and dzu the measured travel.
  • the forces are determined separately for each vehicle wheel. To calculate out dynamic influences caused by the
  • the loading sensor system 39 detects a new, current load state.
  • the evaluation unit 37 determines an actuator camber curve S A , which leads to an increase in the camber curve gradient acting on the vehicle wheel, which contributes to a more stable driving behavior in the dynamic driving limit range. This counteracts the increased oversteering tendency of the vehicle by the additional weight on the rear axle.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerk für ein, zweispuriges Fahrzeug, mit einer Radaufhängung, bei der ein, ein Fahrzeugrad (HR) tragender Radträger (1 ) über Lenker (3, 5) am Fahrzeugaufbau (7) angelenkt ist, wobei das Sturzverhalten des Fahrzeugrads (HR) durch eine von der Starrkinematik der Lenker (3, 5) vorgegebene mechanische Sturzkurve (SM) bestimmt ist, die eine mechanische Verstellung des Sturzwinkels (ε) des Fahrzeugrads (HR) in Abhängigkeit von einem Federweg (d) des Fahrzeugaufbaus (7) definiert, und mit einem Sturzaktor (15), der von einem Fahrwerk-Steuergerät (29) ansteuerbar ist zur Durchführung einer aktiven Sturz-Winkelverstellung, so dass bei einer Änderung des Fahrzeug- Beladungszustands (mz, l2) der Fahrzeugaufbau (7) um einen Federweg (d) ein- oder ausfedert, und zwar mit dazu korrespondierender mechanischer Sturzwinkel-Verstellung. Erfindungsgemäß ist dem Steuergerät (29) eine Auswerteeinheit (37) zugeordnet, die bei der Änderung des Beladungszustands (mz, lz) den Sturzaktor (15) ansteuert, um insbesondere der mechanischen Sturzwinkel-Verstellung durch eine aktive Sturzwinkel- Verstellung zumindest teilweise entgegenzuwirken oder um diese zu unterstützen.

Description

Aktives Fahrwerk für ein zweispuriges Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerk für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 9.
Bei konventionellen Fahrzeugachsen führt eine Änderung des
Beladungszustandes zu einer Ein- oder Ausfederung des Fahrzeugaufbaus. In Abhängigkeit von der Bauform der Achse geht die Ein- oder Ausfederung mit einer Sturzwinkel-Verstellung an den Fahrzeugrädern einher.
Die Abhängigkeit zwischen dem Ein- oder Ausfederweg und dem
Radsturzwinkel wird in einer sogenannten Sturzkurve definiert, die bei konstruktiven Auslegung der Fahrzeugachse gezielt gestaltet wird. Bei der Auslegung der Sturzkurve müssen diverse Randbedingungen beachtet werden, die das Fahrverhalten bei Lenk- und Bremsmanövern, insbesondere im fahrdynamischen Grenzbereich, beeinflussen. Ferner ist zu beachten, dass aufgrund der Bauform der Achse und der Reifenbeanspruchung nicht beliebige Sturzkurven konstruierbar sind.
Das aktive Fahrwerk kann zudem ein aktives Federungssystem aufweisen, mit dem exemplarisch eine Niveauregulierung und/oder eine
Wankstabilisierung des Fahrzeugaufbaus erfolgen kann. Das primäre Ziel eines aktiven Federungssystemes besteht darin, den Fahrzeugaufbau im Fahrbetrieb auf unebenen Straßen zu beruhigen, und/oder in der
Horizontierung bzw. Neigung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrten und/oder in der Kompensierung eines Einfederwegs des Fahrzeugaufbaus bei einer Fahrzeug-Zuladung. Bei einer Fahrzeug-Zuladung federt der Fahrzeugaufbau um einen Federweg ein. Durch entsprechend Ansteuerung des Federungssystems kann Niveauregulierung erfolgen, bei der der Fahrzeugaufbau wieder auf das Fahrzeugniveau im unbeladenen Zustand angehoben wird. Diese Niveau-Verstellung geht mit einer Radsturzwinkel- Verstellung einher, die aber bei der Ansteuerung des aktiven
Federungssystems meist nicht im Fokus steht. Die Sturzwinkel-Verstellung unterliegt somit zahlreichen Zielkonflikten und kann daher nur stark begrenzt auf einen neuen Beladungszustand optimiert werden.
Ein gattungsgemäßes aktives Fahrwerk weist einen, ein Fahrzeugrad tragenden Radträger auf, der über Lenker am Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Das Sturzverhalten des Fahrzeugrads wird dabei durch eine von der
Starrkinematik der Lenker vorgegebene mechanische Sturzkurve bestimmt. Die mechanische Sturzkurve definiert eine mechanische Sturzwinkel- Verstellung des Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einem Ein- oder
Ausfederweg des Fahrzeugaufbaus. Bei einer Zuladung wird daher der Fahrzeugaufbau um einen Federweg eingefedert, und zwar mit einer
Sturzwinkel-Verstellung, die von der mechanischen Sturzkurve vorgegeben ist. Zudem weist das gattungsgemäße Fahrwerk einen Sturzaktor auf, der von einem Fahrwerk-Steuergerät in Abhängigkeit einer Vielzahl von
Fahrbetriebsparametern ansteuerbar ist und - zusätzlich zur mechanischen Sturzwinkel-Verstellung - eine aktive Sturzwinkel-Verstellung vornehmen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein aktives Fahrwerk für ein zweispuriges Fahrzeug bereitzustellen, bei dem das Sturzverhalten der Fahrzeugräder bei unterschiedlichen Fahrzeug-Beladungszuständen in einfacher Weise verbessert werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist dem
Fahrwerk-Steuergerät eine Auswerteeinheit mit einer Beladungssensorik zugeordnet, die eine Änderung des Fahrzeug-Beladungszustandes erfasst. Die Auswerteeinheit steuert in Abhängigkeit von der Änderung des
Beladungszustandes den Sturzaktor an, um den stationären Sturzwinkel und/oder den Sturzgradienten des jeweiligen Fahrzeugrads über die Ein- oder Ausfederung sowie unabhängig von der Achsbauweise von eventuell verbauten aktiven Federungssystemen einzustellen. Mittels der
Auswerteeinheit kann das Sturzverhalten auf den neuen Beladungszustand angepasst werden, und zwar so, dass das durch die Zuladung/Entladung geänderte Gierverhalten des Fahrzeugs kompensierbar ist.
Beispielhaft kann mittels der Auswerteeinheit das Sturzverhalten des jeweiligen Fahrzeugrads unabhängig von der Beladung (Beladungszustand) stets konstant gehalten werden. Alternativ dazu kann die Auswerteeinheit den Sturzaktor bei einer Änderung des Beladungszustandes derart ansteuern, dass bei einer Zuladung der Betrag des negativen
Radsturzwinkels erhöht wird (im Vergleich zu einer rein mechanischen Sturzwinkel-Verstellung) und/oder der Sturzgradient über den Einfederweg an der Hinterachse reduziert wird, um die Fahrsicherheit zu steigern.
Generell ist mittels der Auswerteeinheit das Sturzverhalten bei Vorliegen einer Beladungs-Änderung frei einstellbar. In einer technischen Umsetzung ist die Auswerteeinheit ein Softwaremodul des Fahrwerk-Steuergerätes. Die Auswerteeinheit kann auf der Grundlage eines von der Beladungssensorik erfassten Ist-Beladungszustands eine Aktor-Sturzkurve ermitteln, die eine aktive Sturzwinkel-Verstellung des jeweiligen Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einem (aufgrund des geänderten Beladungszustandes erfolgenden) Federweg des Fahrzeugaufbaus definiert. Die Auswerteeinheit überlagert durch Sturzaktor- Ansteuerung die Aktor-Sturzkurve der mechanischen Sturzkurve, wodurch sich eine Gesamt-Sturzkurve ausbildet, die die Sturzwinkel-Verstellung am Fahrzeugrad wiedergibt.
Zur Ermittlung des Ist-Beladungszustandes können mittels der
Beladungssensorik das aktuelle Fahrzeuggewicht und die Lage des
Fahrzeug-Schwerpunkts ermittelt werden. Exemplarisch können ausgehend von einem unbeladenen Fahrzeug die Masse der Zuladung sowie die Lage des Zuladungs-Schwerpunktes ermittelt und diese als Eingangsparameter an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Auf deren Grundlage bestimmt die Auswerteeinheit die Aktor-Sturzkurve.
Als weiteren Eingangsparameter erfasst die Auswerteeinheit den mit der Änderung des Beladungszustandes einhergehenden Ein- oder Ausfederweg. Auf der Grundlage des erfassten Ein- oder Ausfederwegs und der in der Auswerteeinheit hinterlegten Aktor-Sturzkurve wird ein Sturzwinkel-Signal generiert, mit dem der Sturzaktor des Fahrzeugrads ansteuerbar ist. Das aktive Fahrwerk kann zusätzlich ein aktives Federungssystem mit einer Stelleinheit aufweisen, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und
Radführungselementen (das heißt dem Radträger oder den Lenkern) wirkt. Die Stelleinheit ist in Kombination mit dem Sturzaktor oder davon
unabhängig vom Fahrwerk-Steuergerät ansteuerbar und wird insbesondere für eine Niveauregulierung und/oder eine Wankstabilisierung des
Fahrzeugaufbaus eingesetzt. Beispielhaft kann die Stelleinheit eine zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radführungselementen abgestützte Luftfeder sein. Alternativ dazu kann die Stelleinheit eine Drehstabfeder-Anordnung sein1. Eine solche Anordnung weist einen karosserieseitig befestigten
Drehaktor auf, der über einen Drehstab sowie einen daran angeformten Abtriebshebel gelenkig mit zum Beispiel einem Radlenker der
Radaufhängung verbunden ist. Bei Ansteuerung des Drehaktors wird der Drehstab auf Torsion beansprucht, wodurch dieser eine Vorspannkraft auf den Radlenker ausübt. Die Ansteuerung des Drehaktors erfolgt während des Fahrbetriebs, um bei unebenen Straßen den Fahrzeugaufbau zu beruhigen und/oder für eine Wankstabilisierung des Fahrzeugaufbaus.
In einer technischen Realisierung kann der Sturzaktor ein aktiver Lenker sein, der zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau abgestützt ist und der bei entsprechender Ansteuerung durch das Fahrwerk-Steuergerät teleskopartig längenverstellbar ist. Alternativ dazu kann der Sturzaktor bauraumgünstig unmittelbar dem Radträger zugeordnet sein. In diesem Fall kann der Radträger zum Beispiel zweiteilig ausgebildet sein, und zwar mit einem radseitigen, das Fahrzeugrad tragenden Tragelement und einem achsseitigen Tragelement, das über die Lenker am Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Zwischen den beiden Tragelementen kann der Sturzaktor angeordnet sein. Bevorzugt kann der Sturzaktor ein radseitiges Drehteil und ein achsseitiges Drehteil aufweisen, die um ihre Drehachsen zueinander verdrehbar sind. Das radseitige Drehteil kann beim Verdrehen zumindest eines der Drehteile mit einer Taumelbewegung ausgelenkt werden, und zwar unter Einstellung des Radsturzwinkels. Die beiden Drehteile des Sturzaktors können über zumindest einen Elektromotor betätigbar sein, der von der Auswerteeinheit des Fahrwerk-Steuergerätes ansteuerbar ist. Die Drehachse des radseitigen Drehteils kann in einer technischen
Ausführung des zweiteiligen Radträgers um einen Neigungswinkel gegenüber der Drehachse des achsseitigen Drehteils schräggestellt sein. Das radseitige Drehteil kann daher mit seiner Mittelachse in einer
Taumelbewegung mit veränderlichem Schwenkwinkel um die Drehachse des achsseitigen Drehteils gedreht werden. Im Hinblick auf den Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen, in einem zweiteiligen Radträger integrierten Sturzaktors wird auf das in der DE 10 2009 008 833 A1 offenbarte Stellglied verwiesen. Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen
wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger
Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Radaufhängung eines
aktiven Fahrwerks für ein zweispuriges Fahrzeug;
Fig. 2 in einer Grundriss-Ansicht das zweispurige Fahrzeug;
Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm, das eine Software-Architektur in dem
Fahrwerk-Steuergerät andeutet;
Fig. 4 ein Sturzkurven-Diagramm, das die Wirkungsweise der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 5 bis 7 Ersatzmodeile von unterschiedlichen Fahrwerkskonfigurationen.
In der Fig. 1 ist in einer Teilansicht ein aktives Fahrwerk für ein zweispuriges Fahrzeug gezeigt, das exemplarisch einen, das rechte Hinterrad HR tragenden Radträger 1 aufweist, der mittels oberer und unterer Querlenker 3, 5 am Fahrzeugaufbau 7 angebunden ist. Die Querlenker 3, 5 sind jeweils an aufbauseitigen und radträgerseitigen Schwenklagerstellen angelenkt.
Zwischen dem unteren Querlenker 5 und dem Fahrzeugaufbau 7 ist in üblicher Weise ein Federbein 9 mit einer Tragfeder sowie einem
Schwingungsdämpfer abgestützt.
In der Fig. 1 ist der Radträger 1 zweiteilig aus einem radseitigen Tragelement 1 1 und einem achsseitigen Tragelement 13 aufgebaut. Am radseitigen Tragelement 1 1 ist das Hinterrad HR drehgelagert. Außerdem kann am radseitigen Tragelement 1 1 eine nicht dargestellte Bremsanlage angebracht sein. Am achsseitigen Tragelement 13 sind die beiden Querlenker 3, 5 über Lenkerlager angelenkt. Das mechanische Sturzverhalten des Fahrzeugrads HR wird durch eine, von der Starrkinematik der Lenker 3, 5 vorgegebene mechanische Sturzkurve SM (Fig. 4) bestimmt, die eine mechanische Sturzwinkel-Verstellung des
Fahrzeugrads HR in Abhängigkeit von einem Ein- oder Ausfederweg d des Fahrzeugaufbaus 7 definiert. Bei einer Fahrwerkskonfiguration mit der in der Fig. 4 gezeigten mechanischen Sturzkurve SM führt eine Erhöhung der
Fahrzeug-Gesamtmasse zu einer betragsmäßigen Erhöhung des (negativen) statischen Sturzes, was insbesondere bei passiven Achsen sinnvoll ist.
Zusätzlich zur mechanischen Sturzverstellung ist eine aktive Sturzverstellung mittels eines Sturzaktors 15 bereitstellbar, der den beiden Tragelementen 1 1 , 13 zwischengeschaltet ist. Der Sturzaktor 15 weist ein radseitiges Drehteil 17 und ein achsseitiges Drehteil 19 auf. Die beiden Drehteile 17, 19, des
Sturzaktors 15 sind über schräggestellte Steuerflächen miteinander in
Anlage. Die Steuerflächen befinden sich in einer Drehebene, in der sie exemplarisch in Gleitkontakt aufeinander verschiebbar gelagert sind. Die Drehteile 17, 19 sind jeweils um ihre Drehachsen drehbar zwischen den beiden Tragelementen 17, 19 gelagert. In der Fig. 1 ist die Drehachse des radseitigen Drehteils 17 in der Fahrzeugquerrichtung y axial fluchtend ausgerichtet sowie koaxial zu einer Drehachse des achsseitigen Drehteils 19. Bei einer Drehbetätigung zumindest eines der Drehteile 17, 19 bewegt sich das radseitige Drehteil 17 in einer Taumelbewegung mit veränderlichen Schwenkwinkel um die Radachse, wodurch der Sturzwinkel ε am Hinterrad HR aktiv verstellt wird. Die beiden Drehteile 17, 19 sind über Elektromotoren 27 ansteuerbar, die in Signalverbindung mit einem Fahrwerk-Steuergerät 29 stehen. Im Fahrbetrieb generiert das Fahrwerk-Steuergerät 29 in Abhängigkeit einer Vielzahl von Fahrbetriebsparameter ein Steuersignal S, mit dem die Elektromotoren 27 des Sturzaktors 15 für eine aktive Sturzwinkel-Verstellung ansteuerbar sind.
Zudem ist das Fahrwerk-Steuergerät 29 mit einer Stelleinheit 31 eines aktiven Federungssystems in Signalverbindung. In der Fig. 1 ist die
Stelleinheit 31 exemplarisch eine Drehstabfeder-Anordnung. Diese weist einen Drehaktor 31 auf, der am Fahrzeugaufbau 7 montiert ist und über einen Torsionsstab 33 in trieblicher Verbindung mit dem unteren Querlenker 5 der Radaufhängung ist. Durch entsprechende Ansteuerung des Drehaktors 31 kann der untere Querlenker 5 mit einer Aktor-Kraft FA beaufschlagt werden, und zwar für zum Beispiel Niveauregulierung und/oder eine
Wankstabilisierung des Fahrzeugaufbaus 7 im Fahrbetrieb.
Die in der Fig. 1 gezeigte Radaufhängung ist beispielhaft für das rechte Hinterrad HR dargestellt. Die Radaufhängungen der weiteren Fahrzeugräder HL sowie VL und VR sind identisch aufgebaut, so dass jedem der
Fahrzeugräder jeweils ein Sturzaktor 15 sowie eine Stelleinheit 31
zugeordnet, die jeweils vom Fahrwerk-Steuergerät 29 ansteuerbar sind. In der Fig. 3 weist das Steuergerät 29 für jedes der hinteren Fahrzeugräder HL, HR eine Auswerteeinheit 37 auf, mittels der bei einer Änderung des Fahrzeug-Beladungszustandes eine Sturzwinkel-Verstellung beeinflussbar ist. Den Vorderrädern VL, VR sind ebenfalls Auswerteeinheiten 37
zugeordnet, die jedoch in der Fig. 3 für eine vereinfachte Darstellung weggelassen sind.
Jede der Auswerteeinheiten 37 ist mit einer Beladungssensorik 39 in
Signalverbindung, mittels der ein Ist-Beladungszustand des Fahrzeuges erfassbar ist. Hierzu erfasst die Beladungssensorik 39 das Zuladungsgewicht mz sowie die Längsposition lz des Zuladungs-Schwerpunktes. Auf der Grundlage des Ist-Beladungszustandes legt die Auswerteeinheit 37 eine Aktor-Sturzkurve SA fest. Zudem ist jede der Auswerteeinheiten 37 mit einer Federweg-Sensorik 38 in Signalverbindung, mit der ein Federweg dhR und dhL erfassbar ist, der sich aufgrund der Zuladung an den Hinterrädern HR, HL ergibt. Die Auswerteeinheit 37 generiert auf der Grundlage der Aktor- Sturzkurve SA und des Federwegs dHR, dm. ein Sturzwinkel-Signal SHL, SHR, mit dem der Sturzaktor 15 am rechten und linken Hinterrad HL, HR
ansteuerbar ist. Auf diese Weise wird der mechanischen Sturzkurve SM, die alleine durch die Starrkinematik der Lenker 5, 7 vorgegeben ist, zusätzlich die von der Auswerteeinheit 37 frei einstellbare Aktor-Sturzkurve SA aufgeprägt, wodurch das Sturzverhalten, das heißt der Sturzwinkel und der Sturzgradient, den jeweils aktuellen Beladungszustand anpassbar ist zur Steigerung der Fahrsicherheit.
Die Arbeitsweise der Auswerteeinheit 37 wird nachfolgend anhand des Sturzkurven-Diagramms aus der Fig. 4 veranschaulicht: So zeigt das
Diagramm der Fig. 4 eine mechanische Sturzkurve SM, die alleine durch die Starrkinematik der Querlenker 5, 7 definiert ist. Mittels der Auswerteeinheit 37 wird der mechanischen Sturzkurve S eine in der Fig. 4 nicht gezeigte Aktor-Sturzkurve SA aufgeprägt, wodurch sich eine am Fahrzeugrad HR wirkende Gesamt-Sturzkurve SGI ergibt. Das Zusammenspiel des Sturzaktors 15 und der Stelleinheit 31 ist nachfolgend für den Fall einer Zuladung in ein unbeladenes Fahrzeug beschrieben: In diesem Fall wird der Fahrzeugaufbau 7 in der Fig. 4 um einen Federweg di eingefedert. Dadurch ergibt sich eine von der
mechanischen Sturzkurve SM vorgegebene mechanische Sturzwinkel- Verstellung von einem Sturzwinkel ε0 auf einen Sturzwinkel ει. Durch eine (mit einem Pfeil 31 veranschaulichte) Ansteuerung der Stelleinheit 31 des aktiven Federungssystems erfolgt im Stand der Technik eine
Niveauregulierung, bei der der Fahrzeugaufbau 7 um den Federweg di wieder auf das Fahrzeugniveau im unbeladenen Zustand angehoben wird. Diese Niveauregulierung kann in der technischen Realisierung dem
Einfedervorgang überlagert sein.
Die oben beschriebene Niveau-Verstellung geht also mit einer Sturzwinkel- Verstellung von dem Sturzwinkel ει auf den Sturzwinkel εο einher, die ggf. nachteilig für die Fahrsicherheit ist. Zur Steigerung der Fahrsicherheit kann der mechanischen Sturzkurve SM eine Aktor-Sturzkurve SA aufgeprägt werden. Die Aktor-Sturzkurve SA ist so ausgelegt, dass sich eine am
Hinterrad HR wirkende Gesamt-Sturzkurve SGI ergibt, die einen - im
Vergleich zur mechanische Sturzkurve SM - reduzierten Sturzgradienten bereitstellt.
Alternativ dazu kann in der Auswerteeinheit 37 eine Aktor-Sturzkurve SA generiert werden, aus der sich eine am Hinterrad HR wirkende Gesamt- Sturzkurve SG2 (Fig. 4) ergibt. Die Sturzkurve SG2 ist in der Fig. 4 gegenüber der Sturzkurve SGI parallel nach links verschoben. D.h. dass nicht nur ein - im Vergleich zur mechanischen Sturzkurve - reduzierter Sturzgradient, sondern auch einen im Betrag vergrößerter negativer Sturzwinkel 82
bereitstellt ist. Bei der obigen Zuladung werden in der Beladungssensorik 39 die zusätzliche Masse sowie die Längsposition des Zuladungs-Schwerpunktes bestimmt. Die Funktionsweise der Beladungssensorik 39 beruht auf der Bestimmung der Fahrwerk wirkenden Vertikalkräfte und ist abhängig von der
Fahrwerkskonfiguration. In den Fig. 5 bis 7 sind Berechnungsmethoden für die vertikal wirkende Gesamtkraft F exemplarisch für drei unterschiedliche Fahrwerkskonfigurationen angedeutet. Hierbei ist c die bekannte
Federkonstante der Tragfeder, d das bekannte Dämpfungsmaß des
Schwingungsdämpfers, Fa die bekannte Aktorkraft der Stelleinheit 10 und dzu der gemessene Federweg. Die Kräfte werden für jedes Fahrzeugrad separat bestimmt. Um dynamische Einflüsse herauszurechnen, die durch das
Überfahren von Unebenheiten entstehen, werden die Vertikalkräfte
signaltechnisch durch einen sehr langsamen Tiefpassfilter gefiltert. Typische Zeitkonstanten des Tiefpassfilters liegen im Bereich von 5 Sekunden. Wird etwa die Zuladung im Fahrzeug nach hinten verschoben, so erfasst die Beladungssensorik 39 einen neuen aktuellen Beladungszustand. Auf dieser Grundlage ermittelt die Auswerteeinheit 37 eine Aktor-Sturzkurve SA, die zu einer Erhöhung des am Fahrzeugrad wirkenden Sturzkurve-Gradient führt, was zu einem stabileren Fahrverhalten im fahrdynamischen Grenzbereich beiträgt. Dies wirkt der erhöhten Übersteuertendenz des Fahrzeugs durch das zusätzliche Gewicht an der Hinterachse entgegen.

Claims

Patentansprüche
Aktives Fahrwerk für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer
Radaufhängung, bei der ein, ein Fahrzeugrad (HR) tragender Radträger (1 ) über Lenker (3, 5) am Fahrzeugaufbau (7) angelenkt ist, wobei das Sturzverhalten des Fahrzeugrads (HR) durch eine von der
Starrkinematik der Lenker (3, 5) vorgegebene mechanische Sturzkurve (S ) bestimmt ist, die eine mechanische Verstellung des Sturzwinkels (ε) des Fahrzeugrads (HR) in Abhängigkeit von einem Federweg (d) des Fahrzeugaufbaus (7) definiert, und mit einem Sturzaktor (15), der von einem Fahrwerk-Steuergerät (29) ansteuerbar ist zur Durchführung einer aktiven Sturz-Winkelverstellung, so dass bei einer Änderung des Fahrzeug-Beladungszustands (mz, lz) der Fahrzeugaufbau (7) um einen Federweg (d) ein- oder ausfedert, und zwar mit dazu
korrespondierender mechanischer Sturzwinkel-Verstellung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des Sturzaktors (15) dem Steuergerät (29) eine Auswerteeinheit (37) zugeordnet ist, die bei der Änderung des Beladungszustands (m2, lz) den Sturzaktor (15) ansteuert, um insbesondere der mechanischen Sturzwinkel-Verstellung durch eine aktive Sturzwinkel-Verstellung zumindest teilweise
entgegenzuwirken oder um die mechanische Sturzwinkel-Verstellung zu unterstützen.
Aktives Fahrwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (27) auf der Grundlage des aktuellen
Beladungszustands des Fahrzeugs eine Aktor-Sturzkurve (SA) ermittelt, und dass die Auswerteeinheit (37) durch Ansteuerung des Sturzaktors (15) der mechanischen Sturzkurve (SM) die Aktor-Sturzkurve (SA) aufprägt, und zwar unter Bildung einer Gesamt-Sturzkurve (SGL SG2)- Aktives Fahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des aktuellen Beladungszustands (mz, lz) der
Auswerteeinheit (37) eine Beladungssensorik (39) zugeordnet ist, mittels der das Fahrzeug- bzw. Zuladungsgewicht (mz) und die Lage (lv) des Fahrzeug-bzw. Zuladungsschwerpunkts ermittelbar ist, die als Eingangsparameter von der Auswerteeinheit (37) erfassbar sind und auf deren Grundlage die Auswerteeinheit (37) die Aktor-Sturzkurve (SA) festlegt.
Aktives Fahrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (37) als weiteren Eingangsparameter den
Federweg (d) bei einer Zu- oder Entladung des Fahrzeugs erfasst, und dass die Auswerteeinheit (37) auf der Grundlage des Federwegs (d) und der Aktor-Sturzkurve (SA) ein Sturzwinkel-Signal (S) generiert, mit dem der Sturzaktor (15) ansteuerbar ist.
Aktives Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk eine zwischen dem Fahrzeugaufbau (7) und Radführungselementen, etwa Radträger (1 ) oder Lenker (3, 5), wirkende Stelleinheit (31) aufweist, die insbesondere zur Niveauregulierung und/oder Wankstabilisierung des
Fahrzeugaufbaus (7) einsetzbar ist, und dass die Stelleinheit (31 ) vom Fahrwerk-Steuergerät (29) ansteuerbar ist, und zwar alleine oder in Kombination mit dem Sturzaktor (15).
Aktives Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzaktor (15) dem Radträger (1 ) zugeordnet ist, und dass insbesondere der Radträger (1 ) zweiteilig ausgebildet ist mit einem radseitigen, das Fahrzeugrad (HR) tragenden Tragelement (11 ) und einem achsseitigen Tragelement (13), das über die Lenker (3, 5) am Fahrzeugaufbau (7) angelenkt ist, und dass zwischen den Tragelementen (11 , 13) der Sturzaktor (15) angeordnet ist.
Aktives Fahrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzaktor (15) ein radseitiges Drehteil (17) und ein achsseitiges Drehteil (19) aufweist, die um ihre Drehachsen (21 , 23) zueinander verdrehbar sind, und dass das radseitige Drehteil (17) beim Verdrehen zumindest eines der Drehteile (17, 19) in einer Taumelbewegung gegenüber dem achsseitigen Drehteil (19) verstellbar ist, und zwar unter Sturzwinkel-Verstellung, und dass insbesondere die Drehteile (17, 19) über zumindest einen, von dem Steuergerät (29) ansteuerbaren Elektromotor (27) verdrehbar sind.
Aktives Fahrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzaktor (15) ein Linearsteiler oder ein aktiver Lenker ist, der zwischen dem Radträger (1 ) und dem Fahrzeugaufbau (7) abgestützt ist, und dass der Linearsteiler bei einer Ansteuerung durch das
Fahrwerk-Steuergerät (29) teleskopartig längenverstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks für ein zweispuriges Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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